内存管理
内存管理是程序设计中常见的资源管理的一部分。
虽然说当程序运行结束时，操作系统将收回其占用的资源，但是只要程序还在运行，它就会一直占用资源。如果不进行清理，某些资源最终将被耗尽，程序有可能会崩溃。而且随着操作系统的发展，程序何时终止运行会变得更加难以捉摸。
每个程序都会消耗内存。
使用脚本语言的程序员则不需要考虑此类问题：这些语言的内存管理是自动进行的。
对于内存管理，我们需要注意两点：
1.我们必须确保在需要的时候分配内存，在程序运行结束时释放占用的内存。如果我们只分配而不释放内存，则会发生内存泄漏(leak memory): 程序的内存占用量不断增加，最终会被耗尽并导致程序崩溃。
2.不要使用任何刚释放的内存，否则可能误用陈旧的数据，从而引发各种各样的错误，而且如果该内存已经加载了其他数据，将会破坏这些新数据。
1.1对象生命周期
对象的生命周期包括诞生(通过alloc或new方法实现)、生存(接收消息并执行操作)、交友(通过复合以及向方法传递参数)以及最终死去(被释放掉)。当生命周期结束时，它们的原材料(内存)将被回收以供新的对象使用。
1.1.1引用计数
Cocoa采用了一种引用计数(reference counting)的技术，有时也叫做保留技术(retain counting)。每个对象都有一个与之相关联的整数，被称作它的引用计数器或保留技术器。
当使用alloc、new方法或者通过copy消息(接收到消息的对象会创建一个自身的副本)创建一个对象时，对象的保留计数器值被设置为1。要增加对象的保留计数器的值，可以给对象发送一条retain消息。要减少的话，可以给对象发送一条release消息。
当一个对象因其保留计数器归0而即将被销毁时，Objective-C会自动向对象发送一条dealloc消息。你可以在自己的对象中重写dealloc方法，这样就能释放掉已经分配的全部相关资源。一定不要直接调用dealloc方法，Objective-C会在需要销毁对象时自动调用它。
如果对一个对象使用了alloc、new或copy操作，释放该对象(向该对象发送release消息)就能销毁它并能收回它所占用的内存。
1.1.2对象所有权(object ownership)
当我们说某个实体“拥有一个对象”时，就意味着该实体要负责确保对其所拥有的对象进行清理。如果一个对象内有指向其他对象的实例变量，则称该对象拥有这些对象。
当多个实体拥有某个特定对象时，对象的所有权关系就更加复杂了，这也是保留计数器的值大于1的原因。也许也正是内存管理这一模块很复杂的原因。
对象所有权最为本质的问题: 就是谁负责确保对象不再被使用时能够收到release消息。
1.1.3 访问方法中的保留和释放
最合理的setter方法
-(void)setEngine:(Engine *)newEngine{
[newEngine retain];
[engine release];
engine = newEngine;
}
上述写法的思想：先保留新对象，再释放旧对象。这种写法避免了两个问题的发生：
第一个问题：旧对象的内存泄漏问题
第二个问题：新对象与旧对象如果是同一个对象，引发的野指针问题。
1.1.4自动释放
比较复杂的问题：在某些情况下弄清楚什么时候不再使用一个对象并不容易。
最常见的是description方法。调用description方法的代码将返回的字符串存储在某个变量中，并在使用完毕后将其释放。思想：使用完毕后再释放。
1.1.5所有对象放入池中
自动释放池(autorelease pool): 是一个用来存放对象的池子(集合)，并且能够自动释放。
NSObject类提供了一个叫做autorelease的方法：
-(id)autorelease;
该方法预先设定了一条会在未来某个时间发送的release消息，其返回值是接收这条消息的对象。这一特性与retain消息采用了相同的技术，使嵌套调用更加容易。当给一个对象发送autorelease消息时，实际上将该对象添加到了自动释放池中。当自动释放池被销毁时，会向该池中的所有对象发送release消息。
1.1.6自动释放池的销毁时间
有两种方法可以创建一个自动释放池。
1.通过@autoreleasepool关键字
2.通过NSAutoreleasePool对象
在我们一直使用的Foundation库工具集中，创建和销毁自动释放池已经由@autorelease关键字完成。当你使用@autorelease{}时，所有在花括号里的代码都会被放入这个新池子里。如果你的程序运算是内存密集型的，你可以使用这种自动释放池。有一点需要记住，任何在花括号里定义的变量在括号外就无法使用了。类似于C语言中的有效范围。
第二种更加明确的方法就是使用NSAutoreleasePool对象。如果你使用了这个方法，创建和释放NSAutoreleasePool对象之间的代码就会使用这个新的池子。创建了一个自动释放池后，该池就会自动成为活动的池子。释放该池后，其保留计数器的值归0，然后该池被销毁。在销毁的过程中，该池将释放其所包含的所有对象。
推荐使用关键字方法。它比对象方法更快，因为OC语言创建和释放内存的能力远在我们之上。
使用Appkit时，Cocoa定期自动地为你创建和销毁自动释放池。通常是在程序处理完当前事件(如鼠标单击或键盘按下)以后执行这些操作。你可以使用任意数目的自动释放池对象，当不再使用它们时，自动释放池将自动为你清理这些对象。
你可能在Xcode的自动生成代码中见过另一种销毁自动释放池中对象的方式：-drain方法。该方法只是清空自动释放池而不会销毁它，而且只适用于Mac OSX 10.4(Tiger)以后的操作系统版本。在自己编写(而不是由Xcode生成)的代码中，我们使用-release方法，因为该方法可以支持更古老的OSX版本。
1.1.7 自动释放池的工作流程
当对象接收到一条autorelease消息时，其保留计数器的值并不会发生改变。该对象只是被放入了NSAutoreleasePool当中。(NSAutoreleasePool是一个普通对象，与其他对象一样要遵从相同的内存管理规则。) 当自动释放池被销毁时，会向池中所有的对象发送一条release消息，所有被自动释放的对象都将其保留计数器的值减1。如果保留计数器的值归0了，则对象被销毁。深入理解就是：如果对象的引用计数不为0，则该对象依然存在，所以才会造成内存泄漏。(该释放的对象未被释放) 使用@autoreleasepool也能达到同样的目的，不过它并不需要分配或销毁自动释放池对象。
在使用AppKit或UIKit的时候，自动释放池会在明确的时间创建或释放，比如在处理当前用户事件的时候。除此以外，你要创建自己的自动释放池。Foundation库工具集的模板中包含了这些代码。
1.2Cocoa的内存管理规则
我们已经学习了各种方法：retain、release和autorelease。Cocoa有许多内存管理约定，它们都是一些很简单的规则，可应用于整个工具集内。
这些规则如下：
1.当你使用new、alloc或copy方法创建一个对象时，该对象的保留计数器的值为1。当不再使用该对象时，你应该向该对象发送一条release或autorelease消息。这样，该对象将在其使用寿命结束时被销毁。
2.当你通过其他方法获得一个对象时，假设该对象的保留计数器的值为1，而且已经被设置为自动释放，那么你不需要执行任何操作来确保该对象得到清理。如果你打算在一段时间内拥有该对象，则需要保留它并确保在操作完成时释放它。
3.你保留了某个对象，就需要(最终)释放或自动释放该对象。必须保持retain方法和release方法的使用次数相等。
如果你使用了new、alloc或copy方法获得一个对象，就释放或自动释放该对象。只要记住这条规则，就不用担心内存释放的问题了。
无论什么时候拥有一个对象，有两件事必须弄清楚：怎样获得该对象的？打算拥有多长时间？
1.2.1临时对象
第一个例子：例如可变数组，如果你是用new、alloc或copy方法获得的这个对象，就需要安排好该对象的内存释放，通常使用release消息来实现。如果你使用arrayWithCapacity:方法，则不需要关心如何销毁该对象。arrayWithCapacity:方法与alloc、new、copy这三个方法不同，因此可以假设该对象被返回时保留计数器的值为1且已经被设置为自动释放。当自动释放池被销毁时，向array对象发送release消息，该对象的保留计数器的值归0，其占用的内存被回收。
第二个例子：blueColor方法也不属于alloc、new、copy这三个方法，因此可以假设该对象的保留计数器的值为1并且已经被设置为自动释放。
全局单例(singleton)对象——每个需要访问它的程序都可以共享的单一对象，这个对象永远不会被销毁。
1.2.2拥有对象
如果你使用了new、alloc或copy方法获得了一个对象，则不需要执行任何其他操作。该对象的保留计数器的值为1，因此它将一直存在着，你只需要确保在拥有该对象的dealloc方法中释放它即可。
如果你使用除alloc、new或copy以外的方法获得了一个对象，需要记得保留该对象。
如果你编写的是GUI程序，要考虑到事件循环。你需要保留自动释放的对象，以便这些对象在当前的事件循环结束以后仍能继续存在。
什么是事件循环呢？一个典型的图形应用程序往往花费了许多时间等待用户操作。在控制程序运行的人作出决定(比如点击鼠标或者按下某个键)以前，程序将一直处于空闲状态。当发生这样的事件时，程序将被唤醒并开始工作，执行必要的操作以响应这一事件。在处理完这一事件后，程序返回到休眠状态并等待下一个事件发生。事件循环即：在事件发生时，程序被唤醒；在执行完某个事件所对应的相应的操作后，就处于休眠空闲状态，等待下一个事件的发生。为了降低程序的内存空间占用，Cocoa会在程序开始处理事件之前创建一个自动释放池，并在事件处理结束后销毁。这样可以尽量减少累积的临时对象的数量。
自动释放池被清理的时间是完全确定的：要么是在代码中你自己手动销毁，要么是使用AppKit时在事件循环结束时销毁。你不必担心程序会随机地销毁自动释放池，也不必保留使用的每一个对象，因为在调用函数的过程中自动释放池不会被销毁。（在循环执行过程中自动释放池对象不会被销毁）
解决累积大量临时对象而导致程序占用内存增长问题的方法：在循环中手动创建自动释放池，并在特定时间销毁。
自动释放池的分配和销毁操作代价很小，因此你甚至可以在循环的每次迭代中创建一个新的自动释放池。
自动释放池以栈的形式实现：当你创建了一个新的自动释放池时，它就被添加到栈顶。接收autorelease消息的对象被放入最顶端的自动释放池中。如果将一个对象放入一个自动释放池中，然后创建一个新的自动释放池，再销毁该新建的自动释放池，则这个自动释放池对象仍将存在，因为容纳该对象的自动释放池仍然存在。
1.2.3垃圾回收
Objective-C 2.0引入了自动内存管理机制，也称垃圾回收。Java或者Python等语言的内存管理机制就是垃圾回收。对于已经创建和使用的对象，当你忘记清理时，系统会自动识别哪些对象仍在使用，哪些对象可以回收。
启用垃圾回收功能非常简单，但它是一个可选择是否启用的功能。只需要转到项目信息窗口的Building Settings选项卡，并选择Required[-fobjc-gc-only]选项即可。-fobjc-gc选项是针对既支持垃圾回收又支持对象的保留和释放的代码，例如在两种环境下都能使用的库代码。
启用垃圾回收以后，平常的内存管理命令都变成了空操作指令，说得直白点就是它们不执行任何操作。
Objective-C的垃圾回收是一代新型的垃圾回收器。与那些面世已久的对象相比，新创建的对象更可能被当成垃圾。垃圾回收器定期检查变量和对象并且跟踪它们之间的指针，当发现没有任何变量指向某个对象时，就将该对象视为应该丢弃的垃圾。最糟糕的事情莫过于让指针指向一个不再使用的对象。因此如果你在一个实例变量中指向某个对象，一定要将该实例变量赋值为nil, 以取消对该对象的引用并告知垃圾回收器该对象可以清理了。
与自动释放池一样，垃圾回收器也是在事件循环结束时触发的。当然，如果编写的不是GUI程序，你也可以自己触发垃圾回收器。
垃圾回收功能只支持OS X应用开发，无法用在iOS应用程序上。实际上在iOS开发中，苹果公司建议你不要在自己的代码中使用autorelease方法，也不要使用会返回自动释放对象的一些便利的方法。(比如NSString, stringWith开头的方法都是便利方法)
1.2.4自动引用计数
垃圾回收机制会对移动设备的可用性产生非常不利的影响，因为移动设备比电脑更私人化，资源更少。
苹果公司的解决方案被称为自动引用计数，即ARC。ARC会追踪你的对象并决定哪一个仍会使用哪一个不会再用到。如果你启用了ARC, 只管像平常那样按需分配并使用对象，编译器会帮你插入retain和release语句，无需你自己动手。垃圾回收器在运行时工作，通过返回的代码来定期检查对象。与此相反，ARC是在编译时进行工作的。它在代码中插入了合适的retain和release语句，就好像是你自己动手写好了所有的内存管理代码。不过，是编译器替你完成了内存管理的工作。程序在运行的时候，retain和release会像往常一样发挥作用。系统不会知道也不会关心这些命令是你写的还是编译器写的。
ARC是一个可选的功能，也就是说你必须明确地启用或禁用它。
以下是编写ARC代码所需的条件：
Xcode4.2以上的版本；
Apple LLVM 3.0以上版本的编译器；
OS X10.7以上版本的系统。
以下是可以运行ARC代码的设备必须满足的条件：
iOS4.0以上的移动设备或OS X10.6以上版本的64位系统的电脑；
归零弱引用需要iOS 5.0或OS X10.7以上版本的系统。
ARC只对可保留的对象指针有效。可保留的对象指针主要有以下三种：
1.代码块指针
2.Objective-C指针
3.通过attribute（(NSObject)）类型定义的指针
所有其他的指针类型，比如Char *和CF对象(例如CFStringRef)都不支持ARC特性。如果你使用的指针不支持ARC, 那么你将不得不亲自手动管理它们。ARC可以与手动的内存管理共同发挥作用。
如果你想要在代码中使用ARC, 必须满足以下三个条件：
1.能够确定哪些对象需要进行内存管理；
2.能够表明如何去管理对象；
3.有可行的办法传递对象的所有权。
第一个条件是对象的最上层集合知道如何去管理它的子对象。
第二个条件是你必须能够对某个对象的保留计数器的值进行加1或者减1的操作。也就是说所有NSObject类的子类都能进行内存管理。这包括了大部分你需要管理的对象。
第三个条件是在传递对象的时候，你的程序需要能够在调用者和接收者之间传递所有权。
使用ARC特性，从长远来看，可以帮助你减少烦恼，节省时间。
1.有时用weak会好一些
当用指针指向某个对象时，你可以管理它的内存（通过retain和release）,也可以不管理。如果你管理了，就拥有对这个对象的强引用。如果你没有管理，那么你拥有的则是弱引用。如果你对一个属性使用了assign特性，你便创建了一个弱引用。
弱引用，有助于处理保留循环(引用循环，形成环)。强引用：被引用的对象的保留计数器的值加1；弱引用：被引用的对象的保留计数器的值不会增加。
解决引用循环问题的办法：采用弱引用(assign/weak)。
归零弱引用（特殊的弱引用）即让对象自己去清空弱引用的对象。在指向的对象被释放之后，这些弱引用就会被设置为零(即nil), 就可以像平常的指向nil值的指针一样被处理。归零弱引用只在iOS 5和OS X10.7以上的版本中有效。
对象的归零弱引用会在对象所指向的值失效的时候自动转换成nil。
如果想要使用归零弱引用，必须明确地声明它们。有两种方式可以声明归零弱引用：声明变量时使用__weak关键字或对属性使用weak特性。
如果你不想在支持弱引用的旧系统上使用ARC, 可以使用__unsafe__unretained关键字和unsafe_unretained特性，它们会告诉ARC这个特殊的引用是弱引用。
weak与assign的区别:
① weak关键字表明该属性定义了一种“非拥有关系”。为这种属性设置新值时，设置方法既不保留新值，也不释放旧值。这一点特性与assign类似。然而在属性所指的对象遭到摧毁时，weak关键字修饰的属性值也会被清空(nil out)，而assign关键字修饰的属性的设置方法只会针对“纯量类型”(scalar type, 或者说基本数据类型，例如CGFloat或NSInteger等)的简单赋值操作。
② assign主要用于基本数据类型，非OC对象，而weak必须用于OC对象。
使用ARC的时候有两种命名规则需要注意：
1.属性名称不能以new开头，比如说@property NSString *newString是不被允许的。
2.属性不能只有一个read-only而没有内存管理特性。如果你没有启用ARC, 可以使用@property(readonly)NSString *title语句，但如果你启用了ARC功能，就必须指定由谁来管理内存。因为默认的特性是assign。所以，你可以使用一个简单的修复，使用unsafe_unretained就可以了。
同样强引用也有自己的__strong关键字和strong特性。
需要注意，内存管理的关键字和特性是不能一起使用的，两者相互排斥。
2.一辆新车
Xcode提供了一个简单的步骤可以把我们已有的项目转换成支持ARC的。开始之前，必须确保垃圾回收机制没有使用，垃圾回收和ARC是无法一同使用的。
转换过程一共需要两步。首先必须确保你的代码能符合ARC的需求，然后执行转换操作。
ARC转换是一个单程的操作。一旦你转换成ARC版本，就不可以恢复了。
因为ARC是基于文件进行工作的，所以你可以选在在同一个项目中经过ARC转换和未经过转换的文件共存。
3.拥有者权限
指针支持ARC的一个条件是必须是可保留对象指针(ROP).这意味着，你不可能简单地将一个ROP表示成不可保留的对象指针(non-ROP), 因为指针的所有权会移交。
为了让ARC便于工作，需要告诉编译器哪个对象是指针的拥有者。为此可以使用一种被称为桥接转换(bridged cast)的C语言技术。这是一个标准的C语言类型转换，不过使用的是其他关键字：__bridge、__bridge_retained和__bridge_transfer。术语bridge指的是使用不同的数据类型达到同一目的的能力。
以下是对三种桥接转换类型的详细介绍：
NSString *theString = @”Learn Objective-C”;
CFStringRef cfString = (CFStringRef)theString;
1.(__bridge类型)操作符：这种类型的转换会传递指针但不会传递它的所有权。在上面的代码中，操作符是theString , 而类型是CFStringRef。如果你使用了这个关键字，则一个指针是ROP, 而另一个不是。在这种情况下指针的所有权仍会留在操作符上。
cfString = （__bridge CFStringRef）theString;
cfString接收了指令，但指针的所有权仍由theString保留。
2.(_bridge_retained类型)操作符：使用这种类型，所有权会转移到non-ROP上。与上一个相同，一个指针是ROP，另一个则不是。因为ARC只会注意到ROP, 所以你要在不用的时候释放它。这个转换类型会给对象的保留计数器加1，所以你必须要让它减1，这与标准的内存管理方式相同。
以下是使用了这种转换类型的代码示例：
cfString = (__bridge__retained CFStringRef)theString
在这个示例中，cfString字符串拥有指针并且它的保留计数器加1。你要使用retain和release来管理它的内存。
3.(__bridge_transfer类型)操作符: 这种转换类型与上一个相反，它把所有权交给ROP。在这个示例中，ARC拥有对象并确保它会像ARC对象一样得到释放。
另一个限制是结构体(struct)和集合体(union)不能使用ROP作为成员。
以下是不能对ARC管理的对象调用的管理方法：
retain
retainCount
release
autorelease
dealloc
因为你有时需要释放不支持ARC的对象或执行其他清理操作，所以仍要实现dealloc方法，但是不能直接调用[super dealloc]。
以下是不能对ARC对象进行重写的方法：
retain
retainCount
release
autorelease
1.3异常
什么是异常？异常就是意外事件，比如数组溢出，因为程序不知道怎么处理就会扰乱程序流程。
当发生这种情况时，程序可以创建一个异常对象，让它在运行时系统中计算出接下来该怎么做。Cocoa中使用NSException类来表示异常。Cocoa要求所有的异常必须是NSException类型的异常，虽然你可以通过其他对象抛出异常，但Cocoa并不会处理它们。此外，你也可以创建NSException的子类来作为你自己的异常。
异常处理的真正目的是处理程序中生成的错误。Cocoa框架处理错误的方式通常是退出程序。为了找到出错的原因，你应该抛出并捕捉代码中的异常。
在运行时系统中创建并处理异常的行为被称为抛出异常，或者说是提出异常。
处理被抛出的异常的行为被称为捕捉异常。
如果一个异常被抛出但没有捕捉到，程序会在异常断点处停止运行并通知有这个异常。
1.3.1与异常有关的关键字
异常的所有关键字都是以@开头的。以下是它们的各自作用。
@try: 定义用来测试的代码块以决定是否要抛出异常。
@catch(): 定义用来处理已抛出异常的代码块。接收一个参数，通常是NSEXception类型，但也可能是其他类型。
@finally: 定义无论是否有抛出异常都会执行代码块，这段代码总是会执行的。
@throw:抛出异常。
为了确保Cocoa能够正常处理异常，你应该只用NSException对象来抛出异常。虽然你也可以用其他对象(除了NSException实例以外)抛出异常，但并不是所有的Cocoa框架都会捕捉其他对象抛出的异常。
1.3.2捕捉不同类型的异常
你可以根据需要处理的异常类型使用多个@catch代码块。处理代码应该按照从具体到抽象的顺序排序，并在最后使用一个通用的处理代码。
C语言程序员经常会在异常处理代码中使用setjmp和longjmp语句。你不能使用setjmp和longjmp来跳出@try代码块，但可以使用goto和return语句退出异常处理代码。
1.3.3抛出异常
当程序检测到了异常，就必须向处理它的代码块(有时叫做异常处理代码)报告这个异常。通知异常的过程被称为抛出(或提出)异常。
程序会创建一个NSException实例来抛出异常，并会使用以下两种技术之一：
使用”@throw异常名:”语句来抛出异常；
向某个NSException对象发送raise消息。
两种方法都可以使用，但不要两种都使用。两种方法的区别是raise只对NSException对象有效，而@throw也可以用在其他对象上。
你通常会在异常处理代码中抛出异常。代码可以通过再发送一次raise消息或使用@throw关键字来通知异常。
在@catch异常处理代码中，你可以重复抛出异常而无需指定异常对象。
与当前@catch异常处理代码相关的@finally代码块会在@throw引发下一个异常处理调用之前执行代码，因为@finally是在@throw发生之前调用的。
Objective-C的异常处理机制与C++的异常机制兼容。
1.3.4异常也需要内存管理
如果代码中有异常，内存管理执行起来会比较复杂。
比如遇到一种常见的问题：在某一个对象未被释放之前，程序出现异常，从某一个方法中跳出并寻找异常处理代码。一种简单的解决办法就是使用@try和@finally代码块，因为@finally总是会执行的，所以它可以在里面进行清理工作。这种方式也可以用在C语言类型的内存管理上，比如malloc或free。
1.3.5异常和自动释放池
异常处理有时会遇到异常对象被自动释放的小问题。因为你不知道该什么时候释放，所以异常总是作为自动释放对象而创建。当自动释放池销毁了以后，自动释放池中所有的对象也会被销毁，包括异常。
比如遇到一种常见的问题：自动释放池的释放早于异常通知，而当异常再次被抛出的时候，它会变成可怕的僵尸异常。(即：异常对象已经被释放，而异常发生的时候会再次抛出异常。) 与之对应的简单的解决办法是：在自动释放池外保留异常对象，而在自动释放池被释放之后，它也会同当前池一同被释放。
内存管理，或者说ARC/MRC管理的范围: 管理所有OC对象，对基本数据类型无效，因为OC对象和其他数据类型在系统中存储的位置不一样，其他数据类型和局部变量主要存储于栈区(因为基本数据类型占用的存储空间是固定的，一般存放于栈区)，而对象存储于堆中。当代码块结束时，代码块所涉及到的所有局部变量会自动弹栈清空，指向对象的指针也会被回收，这时对象就没有指针指向，但依然存在于堆内存中，造成内存泄露。即：对象存储于堆中，而指向对象的指针存储于栈中。
小结：
本章介绍了Cocoa的内存管理方法：retain、release和autorelease, 还讨论了垃圾回收和自动引用技术(ARC, 苹果最新的内存管理技术)
每个对象都维护一个保留计数器。对象被创建时，其保留计数器的值为1；对象被保留时，其保留计数器的值加1；对象被释放时，其保留计数器的值减1；当保留计数器的值归0时，对象被销毁。在销毁对象时，首选调用对象的dealloc方法，然后回收其占用的内存以供其他对象使用。
Cocoa有三个关于对象及其保留计数器的规则：
如果使用new、alloc或copy操作获得了一个对象，则该对象的保留计数器的值为1。
如果通过其他方法获得一个对象，则假设该对象的保留计数器的值为1，而且已经设置为自动释放。
如果保留了某对象，则必须保持retain方法和release方法的使用次数相等。
通常ARC会在编译过程中通过插入这些语句来帮助你执行保留或释放操作。